Introducción
Alabeo es la
curvatura hacia arriba o hacia abajo de las losas de hormigón. En Chile por
nuestro clima, los pavimentos se encuentran siempre con las losas con sus
bordes levantados y eso se debe a los esfuerzos que se generan en ellos durante
su vida útil.
Los esfuerzos generados en
los pavimentos de concreto tienen diferentes orígenes. Algunos se deben a las
características mismas del concreto y se presentan como consecuencia de las
reacciones del cemento con el agua y se conocen como esfuerzos de retracción
por secado, otros esfuerzos que se presentan en las losas se deben a las cargas
a que se ven sometidas durante la vida útil, otro tipo de esfuerzos son los que
se presentan por los cambios térmicos y de humedad en las losas.
Los esfuerzos generados por las cargas que solicitan los pavimentos son
conocidos y muchos libros dedican varios capítulos a modelos que permitan
calcular su magnitud. Los generados por las reacciones de fraguado se controlan
durante la construcción con una adecuada modelación de las losas.
Los esfuerzos de alabeo también han sido estudiados pero su difusión en
nuestro medio ha sido menor, a continuación se presentará una descripción de
cómo se generan, cómo se calculan y finalmente que se debe hacer para
controlarlos.
¿Por qué se alabean las losas de concreto?
Típicamente, el alabeo hacia arriba de los bordes de la losa es provocado por el encogimiento debido al secado o contracción relativa de la parte superior respecto a la base de la misma. Cuando una superficie de la losa cambia de magnitud mas que la otra, la losa se arquea por sus bordes en la dirección del acortamiento relativo. Este alabeo es más perceptible en los lados y las esquinas.
Los bordes
de la losa se alabean hacia arriba. El alabeo inmediatote una losa es mas
frecuentemente relacionado con un pobre curado y un secado rápido de la
superficie; y cualquier factor que incremente la retracción por secado, tal
como un aditivo, tendera a incrementar el alabeo.
En las
losas, una exudación (sangrado) y un curado pobre tienden a producir un
concreto en la superficie con mayor riesgo de contracción por secado que el
concreto en la parte inferior de la misma. La exudación se acentúa en las losas
sobre polietileno o mezclas colocadas encima de losas existentes de concreto; y
las diferencias de contracción de la parte superior con respecto a la parte
inferior en estos casos son mayores que para las losas sobre sub.-bases
absorbentes.
Las losas
delgadas y los espaciamientos muy largos de las juntas tienden a incrementar el
alabeo. Por esta razón, las losas de remate no adheridas a losas existentes
necesitan tener un espaciamiento de juntas bastante menor.
En pisos
industriales, las juntas espaciadas muy cerradamente pueden no ser muy
aconsejables ya que un número elevado de juntas presentara también mayores
problemas de mantenimiento. No obstante, esto debe balancearse contra la
probabilidad de grietas aleatorias intermedias e incremento de alabeo en las
juntas.
El otro
factor que puede causar alabeo son las diferencias de temperatura en las partes
superior e inferior de la losa. La parte superior de la losa expuesta al sol se
expandirá en relación con la porción inferior menos caliente provocando un
alabeo hacia abajo de los bordes. Alternativamente, bajo temperaturas frías
durante la noche cuando la parte superior se contrae con respecto a la parte
subyacente cálida el alabeo debido a este diferencial de temperatura se
añadirá al alabeo hacia arriba provocando por los diferenciales de humedad.
¿Por qué el alabeo es un problema?
Por
diferentes razones, un alabeo importante constituye un problema. En la
superficie de la losa se producen tensiones de tracción considerables, desde
los bordes que tienden a alabearse hacia arriba, debido al peso propio y
cualquier carga o restricción vertical que intenta empujarlos hacia abajo;
esto, además de la retracción, puede producir agrietamiento. La gran mayoría de
las grietas de piso que se atribuyen a la retracción se deben en realidad a una
combinación entre las tensiones de alabeo y las de retracción, con las
tensiones de alabeo mucho mayores que las tensiones de retracción. Estas
grietas pueden desconcharse
debido al tráfico rodante, permitir la penetración de líquidos, ser
invisibles o provocar otras dificultades.
Al deslizarse
las ruedas a través de los bordes de las juntas alabeadas (sin barras de
traspaso de carga adecuadas) pueden hacer que un borde baje primero, luego el otro,
contribuyendo al desconchado de la junta, falla en el relleno o sello de la
junta y otros problemas más. El alabeo, en especial el alabeo diferencial en
una junta o grieta, también puede afectar a los materiales de piso que cubren la
losa. Las juntas muy alabeadas o grietas pueden reducir la fluidez del tránsito
vehicular de un piso o pavimento, provocando desagrado en el conductor,
problemas en el vehículo y reducción de la productividad.
Siempre ha sido una preocupación el
alabeo y la retracción de los pisos, sin
embargo su severidad y la implicancia en los
costos han aumentado enormemente durante los últimos 20 a 30 años. Existen muchas
razones para ello, y parte del problema se debe a que la
gente no se ha dado cuenta de que las reglas del juego han cambiado. Lo que en el pasado funcionaba, en el futuro podría
transformarse en una demanda
judicial. Todo ha
cambiado: los diseños de las mezclas de hormigón, los materiales,
detalles, prácticas, etc. Las resistencias a la compresión del hormigón para pisos han aumentado. En la década de los
años 60, el clásico
diseño de
resistencia era de 2000 a
3.000 psi (17 a
26 MPa resistencia cúbica), sin embargo, ahora son comunes las resistencias de 4.000 a 5.000 psi (34 a 43
MPa resistencia cúbica). Los hormigones con resistencias mayores generalmente
(no siempre) se retraen más y siempre poseen un módulo de elasticidad mayor. El
módulo de elasticidad es un factor muy importante porque mientras mayor sea el
módulo, más alabeo se producirá y los bordes alabeados con el tiempo cederán
menos hacia abajo debido a la fluencia lenta.
Las
construcciones mismas también han cambiado con los años. Muchas poseen aire
acondicionado y han aumentado las exigencias en cuanto a calefacción. Ambos requisitos
tienden a disminuir la humedad y a aumentar el alabeo y el agrietamiento. Las
cámaras de frío y los congeladores son cada vez más utilizados y presentan los
mismos problemas aunque en mayor grado (en especial cuando la temperatura se
hace descender demasiado rápidamente). Los terrenos donde se ubican las
construcciones también han sufrido cambios.
Muchos poseen
grandes extensiones de áreas verdes y sistemas de irrigación, que pueden aumentar
la humedad bajo los pisos. Muchos pisos tienen un alto grado de humedad
directamente bajo ellos, pero no poseen una barrera de vapor o de paso de
humedad; otros cuentan con un retardador de paso humedad de regular calidad, o bien,
poseen uno que no ha sido bien colocado o ha sufrido daños durante la
construcción.
¿Quién es el responsable?
¿Quién es el responsable de que los
problemas de alabeo y grietas en los pisos hayan ido en aumento? ¿El
contratista (al que generalmente se le atribuye la mayor culpa), el proveedor
de hormigón (que sufre una culpa algo menor), el ingeniero o arquitecto, o bien
otra persona del equipo encargado del diseño y construcción? En realidad, todo
el equipo ha contribuido al problema en un grado mayor o menor. A la inversa,
cada miembro del equipo debe hacer lo suyo para minimizar estos problemas. También,
el propietario debe colaborar aprendiendo lo más posible, insistiendo en la
calidad, estando dispuesto a pagar los costos de construcción y los honorarios adecuados
(en un piso, se obtiene lo que se pagó, ya sea de baja o de alta calidad, más que
en cualquiera otra parte de la construcción). Por último, debe existir un buen trabajo
de equipo, en lugar de la típica relación antagónica que ha existido en el
pasado.
¿En que aplicaciones es más complicado el alabeo?
En ciertas aplicaciones el alabeo es
más crítico. Se debe minimizar el alabeo cuando existe un gran flujo vehicular.
Las losas sometidas a grandes cargas están más propensas a agrietarse cuando
las zonas alabeadas no se encuentran apoyadas en la sub.-base. También los
pisos con aplicaciones superficiales o recubrimientos, como pisos de madera,
son críticos porque estos materiales puede resultar dañados por el alabeo o no
funcionar de manera adecuada con zonas alabeadas.
Esfuerzos debido al alabeo
Durante el día cuando la temperatura en la parte superior de la losa es
más alta que en la inferior, la superficie superior tiende a expandirse con
respecto al eje neutro mientras que la inferior tiende a contraerse. Sin
embargo, el peso de la losa restringe tanto la expansión como la contracción;
entonces, se inducen esfuerzos de compresión en la parte superior y de tracción
en la inferior. En la noche cuando la temperatura en la parte superior de la
losa es más baja que la de la inferior y así se inducen esfuerzos de tensión en
la parte superior y de compresión en la inferior.
El análisis de los esfuerzos de alabeo se pueden hacer
con la teoría de placa de sobre una fundación Winkler o líquida. Una fundación
Winkler está caracterizada por una placa a la que están pegados una serie de resortes,
tal como se muestra en la
Figura 1.
Cuando la temperatura en la parte superior de la losa
es más alta que la de la inferior la losa se vuelve convexa. En esa posición
los resortes de los extremos de la losa están sometidos a compresión y empujan
la losa hacia arriba, mientras que los que están en el interior de la losa
están sometidos a tracción y halan la losa hacia abajo. El resultado de la
anterior situación es que la parte superior de la losa esta en compresión y la
inferior en tracción.
Cuando la temperatura en la cara expuesta es más baja
que la de la de apoyo, la losa asume una forma cóncava. En esta posición los
resortes exteriores halan la losa hacia abajo y los resortes interiores empujan
la losa hacia arriba, el resultado es que se desarrollan esfuerzos de tracción
en la superficie superior y de compresión en la cara inferior.
Westergaard (1926)
desarrolló las ecuaciones para determinar los esfuerzos por alabeo en los
pavimentos de concreto basado en la teoría de placa.
La ecuación
desarrollada por Weestergard y en la que se basó Bradubury para desarrollar el
ábaco con el que se determina C es la siguiente
¿Cómo minimizar el alabeo de las losas?
El
alabeo se puede minimizar tomando algunas consideraciones, tanto en el diseño
del hormigón como en su colocación y curado:
Consideraciones de diseño:
1. Diseñar hormigones con
asentamientos de cono lo más bajo posible. De este modo se tendría menor
cantidad de agua susceptible de evaporarse.
2. Utilizar bajas dosis de
cemento, de este modo se tiene un hormigón menos susceptible de sufrir
deformaciones producto de retracción hidráulica.
3. Utilizar aditivos
plastificantes reductores de agua con el fin de disminuir dosis de cemento y
agua y manteniendo las propiedades mecánicas del hormigón.
4. Utilizar áridos
chancados con el mayor tamaño máximo posible y granulometrías continuas.
5. Si se tienen losas de
elevada relación superficie espesor, considerar colocar armaduras de piel, es
decir, mallas electro soldadas cercanas a la cara superior de la losa con el
fin de que absorba los esfuerzos internos generados por la retracción de la
losa.
6.
Diseñar juntas de contracción
a una distancia tal que asegure que no se produzcan fisuras en la losa,.
Consideraciones de colocación y curado del hormigón:
Hormigonar en horarios de
que la temperatura ambiental no sea muy elevada. La NCh 170, recomienda que la
temperatura del hormigón al momento de su colocación no exceda los 30°C y a su vez que la
temperatura ambiente a la sombra sea inferior a 35°C ya que temperaturas
mayores pueden inducir a que la evaporación de agua se produzca a una razón
mayor o igual 1 kg/m2 por hora.
Evitar la
sobrecompactación del hormigón. De esta forma se asegura que no exista una
elevada exudación de agua.
Iniciar el curado lo
antes posible y prolongarlo por al menos 7 días.
Proteger del viento. El
incremento de la velocidad del viento genera una mayor velocidad en la
evaporación de agua y por ende el riesgo de contracción por secado de la cara
expuesta al ambiente.
Evitar utilizar barreras
de vapor de polietileno a menos que las haya cubierto como mínimo con 5 cm de espesor de arena
húmeda.
Conclusión
En la vida diaria el elemento que más
utiliza el ser humano después del agua es el hormigón. Es por eso que se
dedican tantos libros, videos y estudios a este material que nos facilita
muchos campos de la producción mundial.
En
este caso el alabeo es una patología del hormigón que se puede producir tarde o
temprano en estos, quitándole algunas características que nosotros necesitamos
de ellas.
El
alabeo en las losas es natural y se generan por distintos tipos de esfuerzos
que podrían ser provocados antes de fraguar o durante su vida útil.
El
alabeo y la retracción se encuentran relacionados íntimamente y no pueden
considerarse completamente independientes el uno del otro. Casi todo lo que
afecta a la retracción afectará de igual modo al alabeo, de manera positiva o
negativa. Sin embargo, a menos que una losa de piso se coloque directamente
sobre un substrato que provoca restricciones de importancia (como una rasante
dispareja o una base de piedras de granulometría abierta), las tensiones de
alabeo exceden ampliamente a las de retracción. De hecho, según nuestro
análisis, sobre un buen substrato plano, con un coeficiente de fricción razonablemente
bajo, las tensiones de retracción en general no superan los 10 a 50 psi (0,1 a 0,4 MPa), mientras que
las tensiones de alabeo pueden alcanzar con facilidad los 200 a 400 psi (1,4 a 2,8 MPa) o más. De este
modo, el término “grieta por retracción” no es en realidad el apropiado para la
mayoría de las grietas de las losas de piso; es más preciso hablar de “grieta
por alabeo” o “grieta por alabeo y retracción”. Al comparar estas tensiones con
el rango típico de la capacidad de resistencia a la flexión del hormigón
(módulo de ruptura) de 450 a
650 psi (3,1 a
4,5 MPa) se puede apreciar la importancia del alabeo. Obviamente, la capacidad
de transporte de carga de la losa puede verse reducida en forma dramática por
las altas tensiones de alabeo.
Bibliografía
Manual del constructor del grupo polpaico
Revista BIT
Sumideros en las calzadas:
ResponderEliminarGeneran varios problemas que no se consideran en los proyectos.
El proyectista de pavimentos no considera ubicar sumideros en la calzada.
El proyectista hidráulico ubica los sumideros en los puntos bajos.
Lo negativo de sumideros en calzada.
1.- Generan una zona diferencial con malas compactaciones en el pavimento.
2.- La perdida de la rejilla genera accidentes.
3.- La rejilla debe quedar al mismo nivel de la rasante.
4.- La rejilla en esta posición no capta toda el agua.
5.- La mantencion obliga a cortar el transito.
Lo positivo de sumideros ubicados fuera de la calzada
1.- No generan una zona diferencial en el sector que está ubicado.
2.- La perdida de la rejilla no genera accidentes.
3.- La rejilla puede quedar a un nivel mas bajo que la rasante.
4.- La rejilla en esta posición desnivelada capta toda el agua, salvo que se tape con basura.
5.- La mantencion no obliga a cortar el transito.